(57)【要約】【課題】本発明は、顕微鏡装置の結像光学系の能力を上回る高い解像力が得られる顕微鏡観察方法を提供する。【解決手段】被検物（１）の照明角度を変化させ、前記照明角度が各値にあるときに前記被検物から射出した各光束が結像面（Ｉ）に個別に生起させる各光波の複素振幅分布を測定する測定手順と、前記各光波の複素振幅分布のデータに基づき、結像光学系（１４）をそれよりも開口数の大きい仮想結像光学系（１４’）に置換したときに前記結像面に生起する仮想光波（Ｌ’）の複素振幅分布を算出する算出手順と、前記仮想光波（Ｌ’）の複素振幅分布に基づき、前記仮想結像光学系がその結像面に形成する前記被検物の仮想像の画像のデータを作成する画像作成手順とを含むことを特徴とする。【選択図】      図１
2006017488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明された被検物から射出する光束を結像する結像光学系を有し、その結像光学系の結像面に生起する光波の複素振幅分布を測定可能な顕微鏡装置を用いた顕微鏡観察方法であって、
前記被検物の照明角度を変化させ、前記照明角度が各値にあるときに前記被検物から射出した各光束が前記結像面に個別に生起させる各光波の複素振幅分布を測定する測定手順と、
前記各光波の複素振幅分布のデータに基づき、前記結像光学系をそれよりも開口数の大きい仮想結像光学系に置換したときにその結像面に生起する仮想光波の複素振幅分布を算出する算出手順と、
前記仮想光波の複素振幅分布に基づき、前記仮想結像光学系がその結像面に形成する前記被検物の仮想像の画像データを作成する画像作成手順と
を含むことを特徴とする顕微鏡観察方法。
【請求項２】
請求項１に記載の顕微鏡観察方法において、
前記算出手順は、
前記各光波の複素振幅分布を空間についてフーリエ変換し、前記各光束が前記結像光学系の瞳上に個別に生起させる各光波の複素振幅分布を算出する手順と、
前記各光波の複素振幅分布を横ずらしして合成し、前記仮想結像光学系の瞳上に生起する仮想光波の複素振幅分布を算出する手順と、
前記仮想光波の複素振幅分布を空間について逆フーリエ変換し、前記仮想結像光学系の結像面に生起する仮想光波の複素振幅分布を算出する手順と
を含むことを特徴とする顕微鏡観察方法。
【請求項３】
請求項２に記載の顕微鏡観察方法において、
前記算出手順では、
前記合成に当たり、前記各光波の複素振幅分布から、各光波間のばらつきに起因した位相オフセット及び／又は振幅オフセットを補正する
ことを特徴とする顕微鏡観察方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の顕微鏡観察方法において、
前記算出手順では、
前記各光波の複素振幅分布のデータとして、前記結像光学系の単体が前記各光波のそれぞれに共通して重畳させる位相成分が補正されたデータを用いる
ことを特徴とする顕微鏡観察方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の顕微鏡観察方法において、
前記顕微鏡装置は、
前記被検物をパルス光で照明する照明手段と、
前記被検物から射出する光束を結像する前記結像光学系と、
前記結像光学系の結像面に生起する光波の電場強度分布を検出する検出手段と、
前記パルス光の発光タイミングと前記検出のタイミングとを制御して１発光期間内における前記強度分布の時間変化を検出すると共に、前記時間変化のデータに基づき前記結像面に生起する光波の複素振幅分布を算出する制御手段と
を備えていることを特徴とする顕微鏡観察方法。
【請求項６】
請求項５に記載の顕微鏡観察方法において、
前記パルス光は、
テラヘルツパルス光である
ことを特徴とする顕微鏡観察方法。
【請求項７】
被検物をパルス光で照明する照明手段と、
前記被検物から射出する光束を結像する前記結像光学系と、
前記結像光学系の結像面に生起する光波の電場強度分布を検出する検出手段と、
前記パルス光の発光タイミングと前記検出のタイミングとを制御して１発光期間内における前記強度分布の時間変化を検出すると共に、前記時間変化のデータに基づき前記結像面に生起する光波の複素振幅分布を算出する制御手段と、
前記被検物の照明角度を変化させる変化手段とを備え、
前記制御手段は、
前記照明角度が各値にあるときに前記被検物から射出した各光束が前記結像面に個別に生起させる各光波の複素振幅分布を測定する
ことを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項８】
請求項７に記載の顕微鏡装置において、
前記パルス光は、
テラヘルツパルス光である
ことを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の顕微鏡装置において、
前記制御手段は、
前記各光波の複素振幅分布のデータに基づき、前記結像光学系をそれよりも開口数の大きい仮想結像光学系に置換したときにその結像面に生起する仮想光波の複素振幅分布を算出する算出手順と、
前記仮想光波の複素振幅分布に基づき、前記仮想結像光学系がその結像面に形成する前記被検物の仮想像の画像データを作成する画像作成手順とを実行する
ことを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の顕微鏡装置において、
前記制御手段は、前記算出手順において、
前記各光波の複素振幅分布を空間についてフーリエ変換し、前記各光束が前記結像光学系の瞳上に個別に生起させる各光波の複素振幅分布を算出し、
前記各光波の複素振幅分布を横ずらしして合成し、前記仮想結像光学系の瞳上に生起する仮想光波の複素振幅分布を算出し、
前記仮想光波の複素振幅分布を空間について逆フーリエ変換し、前記仮想結像光学系の結像面に生起する仮想光波の複素振幅分布を算出する
ことを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の顕微鏡装置において、
前記制御手段は、前記算出手順において、
前記合成に当たり、前記各光波の複素振幅分布から、各光波間のばらつきに起因した位相オフセット及び／又は振幅オフセットを補正する
ことを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項１２】
請求項９〜請求項１１の何れか一項に記載の顕微鏡装置において、
前記制御手段は、前記算出手順において、
前記各光波の複素振幅分布のデータとして、前記結像光学系の単体が前記各光波のそれぞれに共通して重畳させる位相成分が補正されたデータを用いる
ことを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項１３】
請求項７又は請求項８に記載の顕微鏡装置に適用される画像処理装置であって、
前記各光波の複素振幅分布のデータに基づき、前記結像光学系をそれよりも開口数の大きい仮想結像光学系に置換したときにその結像面に生起する仮想光波の複素振幅分布を算出する算出手段と、
前記仮想光波の複素振幅分布に基づき、前記仮想結像光学系がその結像面に形成する前記被検物の仮想像の画像データを作成する画像作成手段と
を備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の画像処理装置において、
前記算出手段は、
前記各光波の複素振幅分布を空間についてフーリエ変換し、前記各光束が前記結像光学系の瞳上に個別に生起させる各光波の複素振幅分布を算出し、
前記各光波の複素振幅分布を横ずらしして合成し、前記仮想結像光学系の瞳上に生起する仮想光波の複素振幅分布を算出し、
前記仮想光波の複素振幅分布を空間について逆フーリエ変換し、前記仮想結像光学系の結像面に生起する仮想光波の複素振幅分布を算出する
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の画像処理装置において、
前記算出手段は、
前記合成に当たり、前記各光波の複素振幅分布から、各光波間のばらつきに起因した位相オフセット及び／又は振幅オフセットを補正する
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項１６】
請求項１３〜請求項１５の何れか一項に記載の画像処理装置において、
前記算出手段は、
前記各光波の複素振幅分布のデータとして、前記結像光学系の単体が前記各光波のそれぞれに共通して重畳させる位相成分が補正されたデータを用いる
ことを特徴とする画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体等の工業部品、生物の細胞等の生体などの被検物を光学顕微鏡で観察する顕微鏡観察方法、その顕微鏡観察方法に適用される顕微鏡装置、及び顕微鏡装置に適用される画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学顕微鏡（以下、単に「顕微鏡」という。）の解像力を向上させるには、一般に、対物レンズの開口数を高めるか、或いは光源の波長を短くする必要がある（非特許文献１など参照。）。
【非特許文献１】小松  啓，「光学顕微鏡の基礎と応用（１）」，応用物理，１９９１年，第６０巻，第８号，１９９１年，ｐ８１６−ｐ８１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、被検物の種類や観察目的により使用光源の種類は限定され、使用光源によって光学系の材料が限定されることも多いので、各分野の各顕微鏡の解像力には、それぞれの限界がある。
そこで本発明は、顕微鏡装置の結像光学系の能力を上回る高い解像力が得られる顕微鏡観察方法を提供することを目的とする。
【０００４】
また、本発明は、その顕微鏡観察方法を実施するのに好適な顕微鏡装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、顕微鏡装置の結像光学系の能力を上回る高い解像力が得られる画像処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の顕微鏡観察方法は、照明された被検物から射出する光束を結像する結像光学系を有し、その結像光学系の結像面に生起する光波の複素振幅分布を測定可能な顕微鏡装置を用いた顕微鏡観察方法であって、前記被検物の照明角度を変化させ、前記照明角度が各値にあるときに前記被検物から射出した各光束が前記結像面に個別に生起させる各光波の複素振幅分布を測定する測定手順と、前記各光波の複素振幅分布のデータに基づき、前記結像光学系をそれよりも開口数の大きい仮想結像光学系に置換したときにその結像面に生起する仮想光波の複素振幅分布を算出する算出手順と、前記仮想光波の複素振幅分布に基づき、前記仮想結像光学系がその結像面に形成する前記被検物の仮想像の画像データを作成する画像作成手順とを含むことを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の顕微鏡観察方法は、請求項１に記載の顕微鏡観察方法において、前記算出手順は、前記各光波の複素振幅分布を空間についてフーリエ変換し、前記各光束が前記結像光学系の瞳上に個別に生起させる各光波の複素振幅分布を算出する手順と、前記各光波の複素振幅分布を横ずらしして合成し、前記仮想結像光学系の瞳上に生起する仮想光波の複素振幅分布を算出する手順と、前記仮想光波の複素振幅分布を空間について逆フーリエ変換し、前記仮想結像光学系の結像面に生起する仮想光波の複素振幅分布を算出する手順とを含むことを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の顕微鏡観察方法は、請求項２に記載の顕微鏡観察方法において、前記算出手順では、前記合成に当たり、前記各光波の複素振幅分布から、各光波間のばらつきに起因した位相オフセット及び／又は振幅オフセットを補正することを特徴とする。
請求項４に記載の顕微鏡観察方法は、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の顕微鏡観察方法において、前記算出手順では、前記各光波の複素振幅分布のデータとして、前記結像光学系の単体が前記各光波のそれぞれに共通して重畳させる位相成分が補正されたデータを用いることを特徴とする。
【０００８】
請求項５に記載の顕微鏡観察方法は、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の顕微鏡観察方法において、前記顕微鏡装置は、前記被検物をパルス光で照明する照明手段と、前記被検物から射出する光束を結像する前記結像光学系と、前記結像光学系の結像面に生起する光波の電場強度分布を検出する検出手段と、前記パルス光の発光タイミングと前記検出のタイミングとを制御して１発光期間内における前記強度分布の時間変化を検出すると共に、前記時間変化のデータに基づき前記結像面に生起する光波の複素振幅分布を算出する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
請求項６に記載の顕微鏡観察方法は、請求項５に記載の顕微鏡観察方法において、前記パルス光は、テラヘルツパルス光であることを特徴とする。
請求項７に記載の顕微鏡装置は、被検物をパルス光で照明する照明手段と、前記被検物から射出する光束を結像する前記結像光学系と、前記結像光学系の結像面に生起する光波の電場強度分布を検出する検出手段と、前記パルス光の発光タイミングと前記検出のタイミングとを制御して１発光期間内における前記強度分布の時間変化を検出すると共に、前記時間変化のデータに基づき前記結像面に生起する光波の複素振幅分布を算出する制御手段と、前記被検物の照明角度を変化させる変化手段とを備え、前記制御手段は、前記照明角度が各値にあるときに前記被検物から射出した各光束が前記結像面に個別に生起させる各光波の複素振幅分布を測定することを特徴とする。
【００１０】
請求項８に記載の顕微鏡装置は、請求項７に記載の顕微鏡装置において、前記パルス光は、テラヘルツパルス光であることを特徴とする。
請求項９に記載の顕微鏡装置は、請求項７又は請求項８に記載の顕微鏡装置において、前記制御手段は、前記各光波の複素振幅分布のデータに基づき、前記結像光学系をそれよりも開口数の大きい仮想結像光学系に置換したときにその結像面に生起する仮想光波の複素振幅分布を算出する算出手順と、前記仮想光波の複素振幅分布に基づき、前記仮想結像光学系がその結像面に形成する前記被検物の仮想像の画像データを作成する画像作成手順とを実行することを特徴とする。
【００１１】
請求項１０に記載の顕微鏡装置は、請求項９に記載の顕微鏡装置において、前記制御手段は、前記算出手順において、前記各光波の複素振幅分布を空間についてフーリエ変換し、前記各光束が前記結像光学系の瞳上に個別に生起させる各光波の複素振幅分布を算出し、前記各光波の複素振幅分布を横ずらしして合成し、前記仮想結像光学系の瞳上に生起する仮想光波の複素振幅分布を算出し、前記仮想光波の複素振幅分布を空間について逆フーリエ変換し、前記仮想結像光学系の結像面に生起する仮想光波の複素振幅分布を算出することを特徴とする。
【００１２】
請求項１１に記載の顕微鏡装置は、請求項１０に記載の顕微鏡装置において、前記制御手段は、前記算出手順において、前記合成に当たり、前記各光波の複素振幅分布から、各光波間のばらつきに起因した位相オフセット及び／又は振幅オフセットを補正することを特徴とする。
請求項１２に記載の顕微鏡装置は、請求項９〜請求項１１の何れか一項に記載の顕微鏡装置において、前記制御手段は、前記算出手順において、前記各光波の複素振幅分布のデータとして、前記結像光学系の単体が前記各光波のそれぞれに共通して重畳させる位相成分が補正されたデータを用いることを特徴とする。
【００１３】
請求項１３に記載の画像処理装置は、請求項７又は請求項８に記載の顕微鏡装置に適用される画像処理装置であって、前記各光波の複素振幅分布のデータに基づき、前記結像光学系をそれよりも開口数の大きい仮想結像光学系に置換したときにその結像面に生起する仮想光波の複素振幅分布を算出する算出手段と、前記仮想光波の複素振幅分布に基づき、前記仮想結像光学系がその結像面に形成する前記被検物の仮想像の画像データを作成する画像作成手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項１４に記載の画像処理装置は、請求項１３に記載の画像処理装置において、前記算出手段は、前記各光波の複素振幅分布を空間についてフーリエ変換し、前記各光束が前記結像光学系の瞳上に個別に生起させる各光波の複素振幅分布を算出し、前記各光波の複素振幅分布を横ずらしして合成し、前記仮想結像光学系の瞳上に生起する仮想光波の複素振幅分布を算出し、前記仮想光波の複素振幅分布を空間について逆フーリエ変換し、前記仮想結像光学系の結像面に生起する仮想光波の複素振幅分布を算出することを特徴とする。
【００１５】
請求項１５に記載の画像処理装置は、請求項１４に記載の画像処理装置において、前記算出手段は、前記合成に当たり、前記各光波の複素振幅分布から、各光波間のばらつきに起因した位相オフセット及び／又は振幅オフセットを補正することを特徴とする。
請求項１６に記載の画像処理装置は、請求項１３〜請求項１５の何れか一項に記載の画像処理装置において、前記算出手段は、前記各光波の複素振幅分布のデータとして、前記結像光学系の単体が前記各光波のそれぞれに共通して重畳させる位相成分が補正されたデータを用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、顕微鏡装置の結像光学系の能力を上回る高い解像力が得られる顕微鏡観察方法が実現する。
また、本発明によれば、その顕微鏡観察方法を実施するのに好適な顕微鏡装置が実現する。
また、本発明によれば、顕微鏡装置の結像光学系の能力を上回る高い解像力が得られる画像処理装置が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を説明する。
本実施形態は、超解像顕微鏡システム、及びそれを用いた顕微鏡観察方法の実施形態である。
先ず、本システムの構成を説明する。
図１に示すように、本システムには、テラヘルツ分光イメージング装置（符号１１〜２１）、コンピュータ３０、ディスプレイ４０などが備えられる。テラヘルツ分光イメージング装置が請求項の顕微鏡装置などに対応し、コンピュータが請求項の画像処理装置などに対応する。
【００１８】
テラヘルツ分光イメージング装置には、フェムト秒パルスレーザ１１、ビームエキスパンダ１２、テラヘルツ光源となる半導体基板１３、特殊プラスチックでできた結像光学系１４、電気光学結晶１５、偏光板１６、ＣＣＤカメラ１７、遅延装置１８、高圧電源１９、制御回路２０、ステージ２１などが備えられる。このステージが、請求項の変化手段に対応する。また、符号ＨＭ，Ｍで示すのは、ハーフミラー、ミラー、符号１で示すのは、被検物である。なお、テラヘルツ分光イメージング装置の詳細は、例えば、特開２００３−２９５１０４号公報、特開２００２−５８２８号公報などに開示されている。なお、図１では、遅延装置１８が光学系によって構成されているかのごとく表したが、同じ機能を有した別の構成の遅延装置１８を利用してもよい。
【００１９】
コンピュータ３０には、予め、本観察方法（後述）を実現するために必要なプログラムがインストールされている。なお、以下に説明する制御回路２０の処理の一部又は全部は、コンピュータ３０によって実行されてもよく、また、以下に説明するコンピュータ３０の処理の一部又は全部は、制御回路２０によって実行されてもよい。
次に、本システムの基本動作を説明する。
【００２０】
フェムト秒パルスレーザ１１は、制御回路２０から指示されたタイミングでフェムト秒パルスレーザ光を発光する。このレーザ光は、ビームエキスパンダ１２にて径の太い光束となり、ハーフミラーＨＭで二分岐される。
二分岐された一方のレーザ光は、ミラーＭを経て、電極の形成された半導体基板１３に入射する。その電極には電源１９により常時電圧が印加されており、レーザ光が入射した瞬間に電極間で放電が生じ、これが双極子となってテラヘルツ領域のパルス光（テラヘルツパルス光）を放射する。このテラヘルツパルス光は、被検物１を照明する。
【００２１】
テラヘルツパルス光によって照明された被検物１から射出する光（テラヘルツパルス光である。）は、結像光学系１４によって結像される。その結像面Ｉには、電気光学結晶１５が配置される。電気光学結晶１５内では、結像面Ｉに生起する光波の電場強度分布に応じて、複屈折率の変調が生じる。
一方、前記二分岐された他方のレーザ光は、遅延装置１８、ミラーＭ、ハーフミラーＨＭを経て電気光学結晶１５に入射する。遅延装置１８は、レーザ光が電気光学結晶１５に入射するタイミングを、制御回路２０から指示された時間（遅延時間）だけ遅延させる。
【００２２】
電気光学結晶１５に入射したレーザ光の偏光状態は、その電気光学結晶１５内の複屈折分布により変調される。そのレーザ光の偏光状態の分布は、偏光板１６を介することによって、ＣＣＤカメラ１７が画像として認識可能である。
ＣＣＤカメラ１７は、制御回路２０から指示されたタイミングで撮像を行い、画像データを取得する。その画像データは、レーザ光が電気光学結晶１５に入射した瞬間に結像面Ｉに入射したテラヘルツ光の光波の電場強度分布を示す。
【００２３】
制御回路２０は、フェムト秒パルスレーザ１１の発光のタイミングと、遅延装置１８の遅延時間と、ＣＣＤカメラ１７の撮像のタイミングとを制御する。制御回路２０は、遅延時間を微小量ずつずらしながら発光及び撮像を行い、パルス発光期間における各瞬間に結像面Ｉに生起した光波の電場強度分布の画像データ（画像データ群）を取得する。
その画像データ群は、制御回路２０を介してコンピュータ３０に取り込まれる。コンピュータ３０は、画像データ群が示している電場強度分布の時間変化をフーリエ変換（時間フーリエ変換）し、結像面Ｉに生起した光波の各波長成分の複素振幅分布をそれぞれ求める。
【００２４】
次に、本観察方法を実施する際のテラヘルツ分光イメージング装置の特徴動作を説明する。
特徴は、ステージ２１の動作にある。ステージ２１は、半導体基板１３を支持し、制御回路２０からの指示に応じてその半導体基板１３の姿勢を変化させる（後述する図３（ａ），図４（ａ），（ｂ）等参照。）。
【００２５】
ここでは、半導体基板１３の姿勢が、光軸をＺ軸としたＸＹＺ直交座標系を採用し、以下の（０）〜（８）の各姿勢に変更可能であるとして説明する。
（０）基板法線がＺ軸に一致した姿勢（半導体基板１３の傾斜角度θ＝θ0）、
（１）基板法線がＺ軸から−Ｘ方向に所定量だけ傾斜した姿勢（半導体基板１３の傾斜角度θ＝θ1）、
（２）基板法線がＺ軸から＋Ｘ方向に所定量だけ傾斜した姿勢（半導体基板１３の傾斜角度θ＝θ2）、
（３）基板法線がＺ軸から−Ｙ方向に所定量だけ傾斜した姿勢（半導体基板１３の傾斜角度θ＝θ3）、
（４）基板法線がＺ軸から＋Ｙ方向に所定量だけ傾斜した姿勢（半導体基板１３の傾斜角度θ＝θ4）、
（５）基板法線がＺ軸から−Ｘかつ−Ｙ方向に所定量だけ傾斜した姿勢（半導体基板１３の傾斜角度θ＝θ5）、
（６）基板法線がＺ軸から＋Ｘかつ−Ｙ方向に所定量だけ傾斜した姿勢（半導体基板１３の傾斜角度θ＝θ6）、
（７）基板法線がＺ軸から＋Ｘかつ＋Ｙ方向に所定量だけ傾斜した姿勢（半導体基板１３の傾斜角度θ＝θ7）、
（８）基板法線がＺ軸から−Ｘかつ＋Ｙ方向に所定量だけ傾斜した姿勢（半導体基板１３の傾斜角度θ＝θ8）。
【００２６】
このように、半導体基板１３の傾斜角度θがθ1，・・，θ8の間で変化すると、被検物１の照明角度も同様に変化する。以下、被検物１の照明角度をθで表す。
次に、本観察方法を説明する。
図２に示すように、本観察方法は、ステップＳ１〜ステップＳ５からなる。以下、これらのステップを順に説明する。
（ステップＳ１）
制御回路２０は、照明角度θを初期値（例えば、θ0）に設定し（図３（ａ））、その状態で上述した画像データ群ｄ0を取得する（図３（ｂ））。コンピュータ３０は、画像データ群ｄ0が示している電場強度分布の時間変化をフーリエ変換（時間フーリエ変換）し（図３（ｃ））、照明角度θ＝θ0のときに結像面Ｉに生起する各波長の光波の複素振幅分布Ａω0（ｉ，ｊ），Ａω1（ｉ，ｊ），・・・を求める（図３（ｃ））。このうち、特定波長（例えば、テラヘルツ領域の中心波長）の光波の複素振幅分布Ａω0（ｉ，ｊ）を記憶する。以下、特定波長の光波を、単に「光波」と称し、この光波の複素振幅分布Ａω0（ｉ，ｊ）を、照明角度θの設定値「θ0」と同じ添え字を付して「Ａ0（ｉ，ｊ）」と表す（以下も同様。）。
【００２７】
次に、制御回路２０は、照明角度θを次の値（例えば、θ1）に設定して（図４（ａ））画像データ群ｄ1を取得し、コンピュータ３０は、その画像データ群ｄ1に基づき、照明角度θ＝θ1のときに結像面Ｉに生起する光波の複素振幅分布Ａ1（ｉ，ｊ）を求めて記憶する。
同様に、制御回路２０は、図４（ｂ），・・・に示すように照明角度θをθ2，・・・，θ8に順次設定して画像データ群ｄ2，・・・，ｄ8を順次取得し、コンピュータ３０は、画像データ群ｄ2，・・・，ｄ8に基づき、照明角度θ＝θ2，・・・，θ8のそれぞれのときに結像面Ｉに生起する各光波の複素振幅分布Ａ2（ｉ，ｊ），・・・，Ａ8（ｉ，ｊ）を求めて記憶する。
【００２８】
ここで、これらの複素振幅分布Ａ0（ｉ，ｊ），Ａ1（ｉ，ｊ），Ａ2（ｉ，ｊ），，・・・，Ａ8（ｉ，ｊ）には、結像光学系１４の単体が被検物１無しの状態で各光波に共通して重畳させる位相成分Δφ（ｉ，ｊ）が重畳されている（図３（ａ）の点線部参照）。
コンピュータ３０は、このステップにおいて各複素振幅分布Ａ0（ｉ，ｊ），Ａ1（ｉ，ｊ），Ａ2（ｉ，ｊ），，・・・，Ａ8（ｉ，ｊ）から位相成分Δφ（ｉ，ｊ）をそれぞれ補正する。
【００２９】
なお、補正すべき位相成分Δφ（ｉ，ｊ）は、テラヘルツ分光イメージング装置に固有であり、予め測定されたものである（例えば、被検物１を配置しない状態で画像データ群ｄを取得し、その画像データ群ｄに基づき、その状態で結像面Ｉに生起する光波の複素振幅分布を求め、求めた位相成分を、補正すべき位相成分Δφ（ｉ，ｊ）とすればよい。）。
【００３０】
次に、図５（ａ），（ｂ），（ｃ），・・・の左側に示すように、照明角度θ＝θ0、θ＝θ1、θ＝θ2、・・・、θ＝θ8のそれぞれでは、被検物１にて生じる各回折光の射出角度がずれる。
よって、照明角度θ＝θ0、θ＝θ1、θ＝θ2、・・・、θ＝θ8のそれぞれでは、結像に寄与する光束（つまり、結像光学系１４を通過できる光束）が、異なる。
【００３１】
よって、照明角度θ＝θ0、θ＝θ1、θ＝θ2、・・・、θ＝θ8のそれぞれでは、結像光学系１４の瞳Ｐ上に生起する光波も、異なる。
以下、照明角度θ＝θ0，θ＝θ1，θ＝θ2，・・・，θ＝θ8のそれぞれにおいて結像光学系１４の瞳Ｐ上に生起する光波をＬ0，Ｌ1，Ｌ2，・・・，Ｌ8とし、それら光波Ｌ0，Ｌ1，Ｌ2，・・・，Ｌ8の相違を説明する。
【００３２】
説明に当たり、次のような仮想系を考える。この仮想系は、図１に示した本システムにおいて、結像光学系１４がそれよりも開口数の大きい仮想結像光学系１４’に置換され、かつ照明角度θがθ0に固定されたものである。
図６には、本システムの結像光学系１４の瞳Ｐ上に生起する各光波Ｌ0，Ｌ1，Ｌ2，・・・，Ｌ8と、仮想系の仮想結像光学系１４’の瞳Ｐ’上に生起する仮想光波Ｌ’との対応関係を示した。
【００３３】
図６に示すとおり、光波Ｌ0は、仮想光波Ｌ’の中心領域の光波に相当する。
光波Ｌ1は、仮想光波Ｌ’の中心から＋Ｘ方向にずれた領域の光波に相当する。
光波Ｌ2は、仮想光波Ｌ’の中心から−Ｘ方向にずれた領域の光波に相当する。
光波Ｌ3は、仮想光波Ｌ’の中心から＋Ｙ方向にずれた領域の光波に相当する。
光波Ｌ4は、仮想光波Ｌ’の中心から−Ｙ方向にずれた領域の光波に相当する。
【００３４】
光波Ｌ5は、仮想光波Ｌ’の中心から＋Ｘかつ＋Ｙ方向にずれた領域の光波に相当する。
光波Ｌ6は、仮想光波Ｌ’の中心から−Ｘかつ＋Ｙ方向にずれた領域の光波に相当する。
光波Ｌ7は、仮想光波Ｌ’の中心から−Ｘかつ−Ｙ方向にずれた領域の光波に相当する。
【００３５】
光波Ｌ8は、仮想光波Ｌ’の中心から＋Ｘかつ−Ｙ方向にずれた領域の光波に相当する。
よって、各光波Ｌ0，Ｌ1，Ｌ2，・・・，Ｌ8が結像光学系１４の瞳Ｐ上に形成する各回折パターンは、仮想光波Ｌ’が仮想結像光学系１４’の瞳Ｐ’上に形成する大きな回折パターンのうち、互いにずれた領域の回折パターンを切り出したものに相当する。
【００３６】
図５（ａ），（ｂ），（ｃ）の右側には、光波Ｌ0，Ｌ1，Ｌ2が瞳Ｐ上に形成する各回折パターンの概念を示した。
ところで、図６において、仮想光波Ｌ’の中心から或る光波Ｌiまで位置ずれは、照明角度θの設定値θiによって決まる（ｓｉｎθに比例する。）。
各設定値θ1，θ2，・・・，θ8は、図６に示す各光波Ｌ0，Ｌ1，・・・，Ｌ8の重複部分がなるべく少なく、かつ各光波Ｌ0，Ｌ1，・・・，Ｌ8が仮想光波Ｌ’のなるべく広い範囲を隙間無くカバーできるように最適化されている。
（ステップＳ２）
コンピュータ３０は、ステップＳ１において取得した複素振幅分布Ａ0（ｉ，ｊ），Ａ1（ｉ，ｊ），Ａ2（ｉ，ｊ），・・・，Ａ8（ｉ，ｊ）をそれぞれフーリエ変換（空間フーリエ変換）し、図６に示した各光波Ｌ0，Ｌ1，Ｌ2，・・・，Ｌ8の複素振幅分布Ｂ0（ｉ，ｊ），Ｂ1（ｉ，ｊ），Ｂ2（ｉ，ｊ），・・・，Ｂ8（ｉ，ｊ）を算出する。
【００３７】
図７，図８（ａ），図９（ａ）には、算出された複素振幅分布Ｂ0（ｉ，ｊ），Ｂ1（ｉ，ｊ），Ｂ2（ｉ，ｊ）の概念を結像光学系１４の瞳Ｐ上の座標で表した。
なお、図７，図８（ａ），図９（ａ）においてＸ方向のデータ範囲が、結像光学系１４の瞳Ｐの径（射出瞳の径）に相当する。
（ステップＳ３）
コンピュータ３０は、図８（ｂ），図９（ｂ）に示すように、複素振幅分布Ｂ1（ｉ，ｊ），Ｂ2（ｉ，ｊ），・・・，Ｂ8（ｉ，ｊ）のデータをそれぞれ瞳Ｐ上の座標でｓｉｎθずつ横ずらしし、横ずらし後の複素振幅分布Ｂ1（ｉ，ｊ），Ｂ2（ｉ，ｊ），・・・，Ｂ8（ｉ，ｊ）のデータを合成し、仮想結像光学系１４’の瞳Ｐ’上に生起する仮想光波Ｌ’の複素振幅分布Ｃ（ｉ，ｊ）を復元する。図１０（ａ）には、復元された複素振幅分布Ｃ（ｉ，ｊ）の概念を示した。
【００３８】
ここで、原理的には、各複素振幅分布Ｂ1（ｉ，ｊ），Ｂ2（ｉ，ｊ），・・・，Ｂ8（ｉ，ｊ）の間では、重複領域（図６斜線部など）のデータ同士は等しくなる。
しかし実際には、システムの環境変化（照明角度θを変更する期間における光源パワーの不確定さ、光路の屈折率の変動など）が原因で、複素振幅分布Ｂ1（ｉ，ｊ），Ｂ2（ｉ，ｊ），・・・，Ｂ8（ｉ，ｊ）のデータにはそれぞれオフセット（位相オフセットと振幅オフセット）が重畳している可能性がある。
【００３９】
そこで、コンピュータ３０は、復元に当たり、各複素振幅分布Ｂ0（ｉ，ｊ），Ｂ1（ｉ，ｊ），Ｂ2（ｉ，ｊ），・・・，Ｂ8（ｉ，ｊ）のうち、重複領域のデータを比較し（例えば、図７の領域Ｅ１のデータと図８の領域Ｅ１のデータ，図７の領域Ｅ２のデータと図９の領域Ｅ２のデータなどを比較し）、重複領域のデータ同士が等しくなるよう、各複素振幅分布Ｂ0（ｉ，ｊ），Ｂ1（ｉ，ｊ），Ｂ2（ｉ，ｊ），・・・，Ｂ8（ｉ，ｊ）のデータから、それぞれの位相オフセットと振幅オフセットとを補正する。これによって、各複素振幅分布Ｂ0（ｉ，ｊ），Ｂ1（ｉ，ｊ），Ｂ2（ｉ，ｊ），・・・，Ｂ8（ｉ，ｊ）の間のデータの「段差」が解消される。
（ステップＳ４）
コンピュータ３０は、仮想光波Ｌ’の複素振幅分布Ｃ（ｉ，ｊ）を逆フーリエ変換し、仮想系の仮想結像光学系１４’の結像面Ｉ’上に生起する仮想光波Ｌ”の複素振幅分布Ｄ（ｉ，ｊ）を求める。図１０（ｂ）には、その複素振幅分布Ｄ（ｉ，ｊ）の概念を示した。
（ステップＳ５）
コンピュータ３０は、複素振幅分布Ｄ（ｉ，ｊ）に基づき、次式（１）により、仮想系の仮想結像光学系１４’が結像面Ｉ’に形成する被検物１の仮想像の画像データＥ（ｉ，ｊ）を作成する。
【００４０】
Ｅ（ｉ，ｊ）＝Ｄ*（ｉ，ｊ）×Ｄ（ｉ，ｊ）  ・・・（１）
図１０（ｃ）には、画像データＥ（ｉ，ｊ）の概念を示した。
コンピュータ３０は、画像データＥ（ｉ，ｊ）をディスプレイ４０に送出し、被検物１の像を表示する（図１参照）。
次に、本システム及び本観察方法の効果を説明する。
【００４１】
本システムにおいては、半導体基板１３の姿勢を変化させるステージ２１が備えられているので、被検物１の照明角度θが可変である。このため、以下の本観察方法を実施することが可能となった。
本観察方法では、照明角度θ＝θ0，θ1，θ2，・・・，θ8のときに結像面Ｉに個別に生起する複素振幅分布Ａ0（ｉ，ｊ），Ａ1（ｉ，ｊ），・・・，Ａ8（ｉ，ｊ）を測定する。測定された複素振幅分布Ａ0（ｉ，ｊ），Ａ1（ｉ，ｊ），・・・，Ａ8（ｉ，ｊ）のデータに基づけば、仮想結像光学系１４’が形成する被検物１の仮想像の画像データＥ（ｉ，ｊ）を作成することができる。
【００４２】
この仮想結像光学系１４’の開口数は、図６において各光波Ｌ0，Ｌ1，Ｌ2，・・・，Ｌ8によるカバー範囲に相当するので、結像光学系１４の開口数よりも約３倍大きい。よって、画像データＥ（ｉ，ｊ）は、結像光学系１４の能力を上回る高い解像力で被検物１を表現する。
また、それを確実に行うため、本測定方法では、複素振幅分布Ａ0（ｉ，ｊ），Ａ1（ｉ，ｊ），・・・，Ａ8（ｉ，ｊ）を一旦、結像光学系１４の瞳Ｐ上の複素振幅分布Ｂ0（ｉ，ｊ），Ｂ1（ｉ，ｊ），Ｂ2（ｉ，ｊ），・・・，Ｂ8（ｉ，ｊ）に変換し、それら複素振幅分布Ｂ0（ｉ，ｊ），Ｂ1（ｉ，ｊ），Ｂ2（ｉ，ｊ），・・・，Ｂ8（ｉ，ｊ）を横ずらしして合成し、それによって仮想結像光学系１４’の瞳Ｐ’上の複素振幅分布Ｃ（ｉ，ｊ）を復元している。
【００４３】
また、本測定方法では、比較的初期の手順（ステップＳ１）において、位相成分Δφ（ｉ，ｊ）を各複素振幅分布Ａ0（ｉ，ｊ），Ａ1（ｉ，ｊ），Ａ2（ｉ，ｊ），，・・・，Ａ8（ｉ，ｊ）からそれぞれ補正しておくので、その後のステップにて必要なデータ（複素振幅分布Ｃ（ｉ，ｊ），Ｄ（ｉ，ｊ），画像データＥ（ｉ，ｊ）など）を簡単かつ高精度に得ることができる。
【００４４】
また、本測定方法では、復元する手順（ステップＳ３）において、複素振幅分布Ｂ0（ｉ，ｊ），Ｂ1（ｉ，ｊ），Ｂ2（ｉ，ｊ），・・・，Ｂ8（ｉ，ｊ）の間の重複領域のデータを利用して、それらのデータの「段差」を無くすので、測定中のシステムの環境変化に依らず、必要なデータを高精度に得ることができる。
なお、本観察方法では、照明角度θの設定値をθ0，θ1，θ2，，・・・，θ8の９種類とし、仮想結像光学系１４’の開口数を結像光学系１４の開口数の約３倍としたが、照明角度θの設定値の組み合わせは、必要な解像力に応じて適宜選定される（３倍よりも大きくすることも可能である。）。
【００４５】
また、本観察方法では、顕微鏡装置として、テラヘルツ領域の光を照明光としたテラヘルツ分光イメージング装置を用いたが、テラヘルツ領域からずれた領域の光を照明光とする同様の分光イメージング装置を用いてもよい。
また、本システムには、結像面Ｉの電場強度分布の画像データを一括して取得する非走査型の顕微鏡装置が適用されたが、その電場強度分布の画像データを１点ずつ取得する走査型の顕微鏡装置を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本システムの構成図である。
【図２】本観察方法のフローチャートである。
【図３】照明角度θをθ0 に設定したときの様子と、その状態で取得されるデータとを示す図である。
【図４】照明角度θをθ1，θ2に設定したときの各様子と、その状態で取得されるデータとを示す図である。
【図５】照明角度θをθ0，θ1，θ2に設定したときに結像に寄与する光束の相違、及び、瞳Ｐ上の回折パターンの相違を説明する図である。
【図６】仮想結像光学系１４’の瞳Ｐ’上に生起する仮想光波Ｌ’と、結像光学系１４の瞳Ｐ上に生起する各光波Ｌ0，Ｌ1，Ｌ2，・・・，Ｌ8との対応関係を示す図である。
【図７】複素振幅分布Ｂ0（ｉ，ｊ）の概念（瞳Ｐ上の座標による）を示す図である。
【図８】複素振幅分布Ｂ1（ｉ，ｊ）の概念（瞳Ｐ上の座標による）と、横ずらしの様子とを示す図である。
【図９】複素振幅分布Ｂ2（ｉ，ｊ）の概念（瞳Ｐ上の座標による）と、横ずらしの様子とを示す図である。
【図１０】仮想結像光学系１４’による結像の様子と、復元された複素振幅分布Ｃ（ｉ，ｊ）の概念と、結像面Ｉ’上に生起する複素振幅分布Ｄ（ｉ，ｊ）の概念と、画像データＥの概念とを示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  被検物
１１  フェムト秒パルスレーザ、
１２  ビームエキスパンダ、
１３  半導体基板、
１４  結像光学系、
１５  電気光学結晶、
１６  偏光板、
１７  ＣＣＤカメラ、
１８  遅延装置、
１９  高圧電源、
２０  制御回路、
２１  ステージ
ＨＭ  ハーフミラー
Ｍ  ミラー、
Ｐ，Ｐ’  瞳
１４’  仮想結像光学系
Ｉ，Ｉ’  結像面
Ｌ  光波
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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